JP5172857B2 - 誘電体装荷アンテナ及びアンテナアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、誘電体装荷アンテナ、及びこのようなアンテナを含むアンテナアセンブリに関する。本発明は特に、２００ＭＨｚを超える周波数において動作するアンテナに適用することができ、そのアンテナは、固体誘電体コアによって装荷され、コアの外側表面上に配置されるか又は外側表面に隣接して配置される３次元アンテナ素子構造を有する。そのアンテナアセンブリは、アンテナに結合される無線周波数フロントエンド段を含む。

このようなアンテナは、英国特許第２２９２６３８号、英国特許第２３０９５９２号、英国特許第２３１０５４３号、及び英国特許第２３４６０１４号を含む、本出願人の数多くの特許公報において開示されている。これらの特許は、それぞれ一対又は二対の直径方向において対向するヘリカルアンテナ素子を有するアンテナを開示し、これらの素子は、５よりも大きな比誘電率を有する材料から成る概ね円筒形の絶縁性コア上にめっきされており、コアの材料は、コア外側表面によって画定される体積の大部分を占有する。それぞれの場合に、アンテナは、コアを貫通して軸方向に延在する給電構造を有する。導電性スリーブの形をとるトラップがコアの一部を包囲し、コアの一端において給電構造に結合される。コアの他端では、アンテナ素子はそれぞれ給電構造に結合される。各アンテナ素子は、スリーブの縁において終端し、それぞれの長手方向に延在する経路に従う。

本出願人の英国特許第２３６７４２９号において開示されているアンテナでは、給電構造は、同軸伝送線路であり、コアを貫通する軸通路内に収容される。その通路の直径は、同軸線路の外径よりも大きい。それによって、同軸線路の外側シールド導体は、通路の壁から離隔して配置される。これは、寄生共振を低減する効果がある。英国特許第２３１１６７５号は、４線巻誘電体装荷アンテナ及びダイプレクサの組み合わせを開示しており、ダイプレクサは、ダイプレクサのいずれかの出力において５０オーム負荷インピーダンスにアンテナを整合させるためのインピーダンスマッチング回路網を含む。英国特許出願第２４２０２３０号は、誘電体装荷アンテナを小型軽量にするために、コアの近位端部分に如何に空洞を形成することができるかを示す。上記の特許及び特許出願のそれぞれの開示は、参照により、本明細書に明白に援用される。

本発明の第１の態様によれば、共通軸を中心にして配置される少なくとも第1及び第２の対の細長い導電性の実質的に螺線形のアンテナ素子を有する誘電体装荷多線巻ヘリカルアンテナであって、該素子はそれぞれ給電端と連結端とを有し、各対の該連結端は共に連結導体によって連結され、前記第1の対の前記アンテナ素子は第1の導電性ループの一部を形成し、前記第２の対の前記アンテナ素子は第２の導電性ループの一部を形成し、軸方向に向けられる円偏波放射に対して該アンテナが共振する動作周波数において、前記導電性ループのそれぞれは、実質的に波長の（２ｎ−１）／２倍の電気長を有し、ｎは整数である、誘電体装荷多線巻ヘリカルアンテナが提供される。本発明による好ましいアンテナでは、ヘリカル素子はそれぞれ、軸を中心にして４分の１巻を達成する。本発明は主に、２００ＭＨｚを超える周波数において動作するアンテナに適用することができ、アンテナは、５よりも大きな比誘電率を有する固体材料から成る誘電体コアを含み、コアの材料は、コア外側表面によって画定される体積の大部分を占有し、コアの外側表面上に、又は外側表面に隣接して３次元アンテナ素子構造が配置され、構造は平衡給電接続を有する。典型的には、平衡給電構造が、給電接続から、たとえば、平衡回路入力、たとえば差動増幅器に接続されるように意図される端子まで延在する。その給電構造は、誘電体コア上にあるか、又は増幅器が実装されるプリント回路基板上にある、一対の平行なワイヤ、ツイストペア線、又は平行な印刷導電路を含むことができる。

そのアンテナがバックファイアアンテナである場合、その給電構造は、コアを貫通して軸通路内に延在することができる。典型的には、その給電構造は、５００オームよりも大きな特性インピーダンスを有する。別法では、アンテナとして、エンドファイアアンテナを用いることができる。

本発明の第２の態様によれば、アンテナアセンブリが、上記の誘電体装荷アンテナと、その差動入力がアンテナに結合される無線周波数（ＲＦ）フロントエンド段を有する受信機とを含み、その差動入力の入力インピーダンスは少なくとも５００オームである。そのフロントエンド段として、プリント回路基板上にある差動増幅器を用いることができ、この基板は、軸に対して横方向に、好ましくは軸に対して垂直に延在する、コアの近位表面部分若しくは遠位表面部分上に、又はそれに隣接して固定されることがある。そのアンテナは、横方向に延在する表面部分のうちの一方が基板に主面に当接するようにして、プリント回路基板上に実装することができる。別法では、そのアンテナは、コアの軸を含むか、又はコアの軸に対して平行である平面内に基板が延在するようにして、基板の縁部のうちの１つに固定されることができる。それゆえ、基板は、コアの近位端表面部分から垂下することができる。

好ましいアンテナは、近位表面部分と遠位表面部分との間に延在する円筒形側面部分を有する円筒形コアを有し、遠位表面部分は、上記の共通軸に対して実質的に垂直に延在する。そのコアは空洞を有することができ、その底部が近位表面部分を形成し、その空洞は無線周波数フロントエンド段を収容する。

給電構造がアンテナの共振構造の一部を形成することができるので、その構造は短くしておくことが好ましく、差動増幅器がアンテナの近くに実装される。空洞を有すると共に空洞内に増幅器が実装されているコアの場合、その給電構造は特に短くすることができる。他の実施の形態では、差動増幅器は、その増幅器がコアの近位表面部分の１０ｍｍ内にあるようにして、アンテナの端面に取り付けられるプリント回路基板上に実装される。いくつかの好ましい実施の形態では、差動増幅器は、その差動入力端子がアンテナコアの近位表面部分の５ｍｍ内にあるようにして実装される。一方では、アンテナ、すなわち、その給電線構造と差動増幅器との間の結合を低減し、そして他方では、その給電線構造と、アセンブリが電気的に接続される無線周波数装置との間の結合を低減するために、そのアセンブリは、コア又はプリント回路基板に取り付けられ、差動増幅器を収容する導電性筐体を備えることができる。典型的には、その差動増幅器は、その筐体の内側に配置されるシングルエンド出力接続を有する。

上記のような平衡給電接続を有する誘電体装荷アンテナと差動増幅器との組み合わせは、インピーダンス整合が容易である比較的簡単なアセンブリを構成することができる可能性を提供する。実際には、本発明の好ましい実施の形態では、その給電接続は、リアクタンス整合構成要素を用いることなく、差動増幅器の入力端子に直に接続することができる。差動増幅器が、たとえば、ロングテールペアフロントエンド増幅器を含むだけでなく、少なくとも１つの混合器段、少なくとも１つの中間周波数（ｉ．ｆ．）段、復調器又は復号器、及び信号処理段を含むことができる集積受信機チップの一部を形成する場合には、特に経済的なアセンブリが実現される。このようなアセンブリは、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）信号の受信及び処理のために用いることができ、この場合、アンテナは４線巻ヘリカルアンテナであることが好ましく、さらに、このようなアセンブリは、Ｗｉ−Ｆｉ及びブルートゥーストランシーバのために、そして、たとえば、ＧＳＭ及び３Ｇ携帯電話用のトランシーバのために用いることができる。

差動増幅器の代替形態として、ＲＦフロントエンド段を、平衡入力を有する表面弾性波
（ＳＡＷ）フィルタのようなモノリシックフィルタ素子とすることができ、その素子は、アンテナコア上に、又はその近くに実装される。フィルタ素子の入力インピーダンスは典型的には６００オーム以上である。その出力インピーダンスは典型的には５０オームであるが、さらに高い出力インピーダンスも実現可能である。その出力はシングルエンド形であることが好都合であり、そのフィルタ素子はバランとしての役割を果たす。

本発明の別の態様によれば、２００ＭＨｚを超える周波数において動作するためのアンテナアセンブリは、共通軸上を中心にして配置される、横方向において対向する少なくとも一対の細長い導電性アンテナ素子を有するアンテナ素子構造の誘電体装荷アンテナであって、該素子はそれぞれ、給電端及び連結端を有し、該対の連結端は互いに連結される、誘電体装荷アンテナと、前記対の前記素子の前記給電端に接続される平衡入力を有する無線周波数フロントエンド素子とを備え、前記アンテナが共振する動作周波数において、前記対の前記アンテナ素子は、波長の実質的に（２ｎ−１）／２倍である電気長を有する導電性ループの一部を形成し、ｎは整数である。好ましいアンテナでは、ループの電気長は約半波長（すなわち、位相に関して１８０度）であり、ヘリカル素子はそれぞれ４分の１巻の螺旋形である。アンテナ及びその給電構造によって差動増幅器入力に与えられる信号源抵抗は典型的には、少なくとも５００オームであり、１キロオームよりも大きいことが好ましい。

後述するように、上記の誘電体装荷アンテナと、そのアンテナに結合される差動増幅器とを備えるアンテナアセンブリが提供され、そのアンテナは、１５よりも大きな比誘電率
を有する固体材料から成る誘電体コアを含み、そのアンテナ素子は共通軸を有し、コアの外側表面上で、又は外側表面に隣接して軸方向において同一の広がりを有し、そのアンテナはさらに、その給電端部においてアンテナ素子の１つ又は複数にそれぞれ結合される一対の給電接続点を有する給電接続を含み、その差動増幅器は、給電接続点のうちの１つにそれぞれ接続される一対の入力端子を備える差動入力を有する。さらに、差動増幅器の代わりにＳＡＷフィルタ素子を用いることができ、そのフィルタ素子は、アンテナの給電接続点のうちの１つにそれぞれ接続される一対の入力端子を備える平衡入力を有する。フィルタ特性はバンドパスフィルタであることが好ましい。他のフィルタ特性も実現可能である。バンドパスフィルタ特性が用いられるにしても、異なる特性が用いられるにしても、無線受信機と一体に、又はその一部として形成されるときに、フィルタ素子は、フィルタ素子の受信機下流の混合器段に関連する影像周波数の信号を除去するように調整されることが好都合である。特に、モノリシックセラミックＳＡＷフィルタが適している。

アンテナがバックファイアアンテナである場合、そのコアは典型的には、その中を貫通して遠位コア表面部分から近位コア表面部分まで延在する通路を有し、その給電接続点は遠位表面部分に関連付けられる。一対の平行な導体が、その通路を通って、給電接続点から差動増幅器の差動入力端子まで、又は平衡入力ＳＡＷフィルタの入力端子まで延在する。

上記の給電接続点は、共通軸上に、又はその軸に隣接して、且つコアの外側表面部分上に配置されることが好ましく、そのアンテナ素子は、コアの外側表面部分上にある個々の径方向導体によって給電接続点に結合されるヘリカル導体である。別法では、その給電接続点は、共通軸上で、又はその軸に隣接してプリント回路基板上に配置することができ、ヘリカル導体は、基板上の導体によって給電接続点に結合される。

本発明の好ましい実施の形態では、ヘリカル導体はそれぞれ、給電接続点の一方又は他方に結合される一端と、連結導体に結合される反対端とを有する。ヘリカル導体及び連結
導体は合わせて少なくとも１つの導電性ループの一部を形成し、その導電性ループは、一方の給電点から他方の給電点まで延在し、動作周波数における波長の（２ｎ−１）／２倍の電気長を有する。ただし、ｎは整数である。

ヘリカル導体はそれぞれ、共通軸の周囲で（２Ｐ−１）／４巻を達成する。ただし、Ｐは整数である。

差動増幅器又はＳＡＷフィルタ素子の入力に典型的に与えられる信号源インピーダンスは５００オーム以上であり、平衡信号源であることが好ましい。増幅器又はフィルタ素子はシングルエンド出力を有することが好ましい。

本発明の少なくともいくつかの実施の形態におけるアンテナアセンブリの一部を形成するアンテナは、共通軸をそれぞれ中心にして配置される４つの４分の１巻のヘリカル導体を有する４線巻アンテナである。別法では、アンテナとして、２つの４分の１巻のヘリカル導体を有する２線巻アンテナを用いることができる。

これより、本発明を、図面を参照しながら例として説明する。

一方から、且つ近位端から見た誘電体装荷エンドファイア４線巻アンテナを含む、本発明による第１のアンテナアセンブリの斜視図である。 図１のアセンブリの一部を形成する、差動増幅器を支持するプリント回路基板の概略的な平面図である。 差動増幅器の簡略化された回路図である。 差動増幅器を支持するプリント回路基板と共に、一方から、且つ近位端から見た誘電体装荷バックファイアアンテナを含む、本発明による第２のアンテナアセンブリの斜視図である。 アンテナの遠位端を示す、一方から見た図４に示されるアンテナの斜視図である。 一方から、且つ近位端から見た誘電体装荷エンドファイア２線巻アンテナの斜視図であり、差動増幅器を支持するプリント回路基板が、アンテナの近位端に固定されるものとして鎖線で示される図である。 集積受信機チップを支持するプリント回路基板の表面に固定される誘電体装荷エンドファイア４線巻アンテナを含む、本発明による第４のアンテナアセンブリの断片的な斜視図である。 図７のアセンブリのプリント回路基板及び受信機チップの断片的な平面図である。 下側に集積受信機チップを実装されているプリント回路基板を含む、本発明による、裏面から見た第５のアンテナアセンブリの断片的な下面図である。

図１及び図２を参照すると、本発明による第１のアンテナアセンブリが、円筒形の誘電体コア１２を有するエンドファイア誘電体装荷４線巻アンテナ１０と、コアの近位端表面部分１２Ｐに取り付けられるプリント回路基板１４とを備えており、基板１４は、その主面１４Ａ上に差動増幅器チップ１６を支持する。

誘電体装荷アンテナ１０は、軸方向に同一の広がりを有する４つの４分の１巻ヘリカル導電路１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｄがコア１２の円筒形外側表面部分１２Ｓ上にめっきされているアンテナ素子構造を有する。

コアの円筒形側面部分１２Ｓは、アンテナの中心軸（図示せず）を規定し、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｄはそれぞれ、個々のヘリカル経路に従い、これらの経路は、回転軸としてこの軸を有する螺旋形である。近位コア表面部分１２Ｐは、その軸及び側面部分１２Ｓに対して垂直に延在する。これは、アンテナの端面を形成する。アンテナの他端は、コアの遠位表面部分１２Ｄによって形成され、それも、アンテナ軸に対して垂直に延在し、アンテナの別の端面を形成する。

遠位表面部分１２Ｄに隣接してコア１２を包囲するのは、同じく円筒形側面部分１２Ｓ上に導電路として形成される、環状の連結導体１０Ｌである。連結導体１０Ｌは、遠位表面部分１２Ｄを画定する円筒形側面部分の縁部から離隔して配置される。

ヘリカル導体１０Ａ〜１０Ｄは、コアの円筒形表面部分１２Ｓの周囲に概ね均一に分布し、それぞれ円筒形側面部分の近位縁部まで延在し、ここで、近位表面部分１２Ｐ上に導電路として形成されるそれぞれの径方向導体１０ＡＲ、１０ＢＲ、１０ＣＲ又は１０ＤＲに接続される。径方向導体のうちの２つ１０ＡＲ、１０ＢＲは、近位表面部分１２Ｐの中央領域において互いに接続され、第１の給電接続点１８Ａを形成する。同様に、他の２つの径方向導体１０ＣＲ、１０ＤＲは、中央領域において互いに接続され、第２の給電導体ノード１８Ｂを形成する。ヘリカル導体１０Ａ〜１０Ｄ、これらの対応する径方向導体１０ＡＲ〜１０ＤＲ、及び連結導体１０Ｌの組み合わせが、共に第１の接続点１８Ａから第２の接続点１８Ｂまで延在する、２つのループ形の導電性経路を形成することは図から明らかであろう。各ループ形経路は、横方向において対向する一対のヘリカル素子１０Ａ、１０Ｃ；１０Ｂ、１０Ｄと、対応する径方向導体１０ＡＲ、１０ＣＲ；１０ＢＲ、１０ＤＲと、連結導体１０Ｌの半円部分とを含む。

プリント回路基板１４は、端に沿って（遠位縁部１４Ｄによって）アンテナ１０の近位端に固定され、その基板は、第１の給電接続点１８Ａに関連する径方向導体１０ＡＲ、１０ＢＲの組み合わせ、及び第２の給電接続点１８Ｂに関連する径方向導体１０ＣＲ、１０ＤＲの組み合わせが、基板１４の両側に対称的に延在するように、アンテナから概ね軸方向、且つ回転位置において延在する。言い換えると、基板１４は、図１に示されるように、相互接続される対の隣接する径方向導体１０ＡＲ、１０ＤＲ；１０ＢＲ、１０ＣＲが成す角度を二等分する。この実施形態では、差動増幅器を含む集積回路１６は、基板１４の一方の面１４Ａに表面実装される。図２を参照すると、集積回路１６は、それぞれの給電接続点１８Ａ、１８Ｂに直に接続される２つの差動入力端子２０Ａ、２０Ｂを有する。端子２０Ａ、２０Ｂは、対称に配置される給電線導電路２２Ａ、２２Ｂにはんだ付けされ、これらの導電路は、基板１４の遠端縁部１４Ｄに隣接して、基板１４の両面１４Ａ、１４Ｂ上に実装される導電性ブラケット２４Ａ、２４Ｂに接続され、各ブラケットは起立しているアームを有し、アームの一方の面は、遠端縁部１４と概ね同一平面を成すか、又は遠端縁部からわずかに突き出している。入力端子２０Ｂと導電性ブラケットのうちの一方２４Ｂとの接続は、それぞれのブラケット２４Ｂがはんだ付けされる給電線導電路２２Ｂを介して直に行なわれる。入力端子２０Ａへの接続に関しては、対応する給電線導電路２２Ａは、めっきされた穴（「バイア」）２６を通じて、他方の導電性ブラケット２４Ａに接続され、バイア２６は、給電線導電路２２Ａを、他方の導電性ブラケット２４Ａがはんだ付けされる基板１４の他方の面１４Ｂ上の短い導電路（図示せず）に接続する。

給電線導体２２Ａ、２２Ｂ、給電接続点１８Ａ、１８Ｂへの関連する接続、及びコア１２上にめっきされる上記の導電路の組み合わせは、無線周波数電流のための２つの導電性ループを提供することになり、各ループは、集積回路１６の第１の差動入力端子２０Ａから、給電線導電路２２Ａを介して延在し、給電線導電路２２Ｂを介して、他方の差動入力端子２０Ｂに戻る。

図１では明らかではないが、連結導体Ｌの近位縁部１０ＬＰは、単一の横断面内にある簡単な円形経路には従わない。先に参照された先行特許のうちのいくつかにおいて開示されている上記の誘電体装荷４線巻アンテナと同様に、一方の素子対１０Ｂ、１０Ｄが他方の素子対１０Ａ、１０Ｃよりも長くなるように、連結導体の縁部は、連結導体１０Ｌとヘリカル導体１０Ａ、１０Ｂの遠位端との接合部間でわずかに傾けられる。詳細には、短い方の素子１０Ａ、１０Ｃが連結導体１０Ｌに接続される場合、近位縁部１０ＬＰは、長い方のアンテナ素子１０Ｂ、１０Ｄが連結導体１０Ｌに接続される場合よりも、コアの近位表面部分１２Ｐにわずかに近い。結果として、導電性ループは異なる長さを有することになる。これは、アンテナ軸上の信号源から発する円偏波放射のための共振モードを生み出すという効果があり、その場合、各ヘリカル導電路１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ上の電流は、隣接するヘリカル導電路と９０度だけ位相がずれている。この点で、アンテナは、既知の４線巻ヘリカルアンテナと同じような「４線巻」共振モードを示す。しかしながら、この場合には、先に参照された各導電性ループは、アンテナの動作周波数において概ね半波長であり、このことは、給電接続点１８Ａ、１８Ｂにおいて、又はその近くにおいて、電圧最大値が生じることを意味する。ループ毎の電流最大値は、関連するヘリカル素子１０Ａ、１０Ｃ；１０Ｂ、１０Ｄの連結導体へのそれぞれの接続間の概ね中途の地点にある連結導体１０Ｌ上で生じる（これらの接続は、連結導体１０Ｌ上で直径方向において対向する）。動作周波数における電圧最大値の正確な場所は、中でも、共振ループの一部を形成する給電線導電路２２Ａ、２２Ｂの長さによる。

上記のように、給電接続点に、又はその近くに電圧最大値が存在することは、４線巻共振モードにおいてアンテナ１０によって示される信号源インピーダンスが比較的高く、典型的には概ね数キロオームであることを意味する。導電性ループを形成する導電性素子が概ね対称であることから、アンテナの電圧出力は平衡出力である。アンテナのこの高インピーダンス平衡出力特性を整合させるために、集積回路チップ１６に収容される増幅器は、高入力インピーダンス差動増幅器であり、図３に示されるように、その入力段として、ロングテールペアトランジスタ３０Ａ、３０Ｂを有する。この場合、ロングテールペアを形成するトランジスタはＣＭＯＳ電界効果トランジスタであり、従来のように、等しいドレイン抵抗３２Ａ、３２Ｂと、相互接続され、定電流源３４に接続されるソース端子とを有する。回路２０Ａ、２０Ｂの差動入力端子は、トランジスタ３０Ａ、３０Ｂのそれぞれのゲート端子に接続され、ドレイン端子のうちの一方からシングルエンド出力３６が得られる。それゆえ、その差動増幅器はバランとしての役割を果たす。図３を参照して先に説明された差動増幅器は、ロングテール入力対に関してのみ説明されるが、概して、これが簡略化された表現であることに留意されたい。当業者に知られているように、典型的な集積回路差動増幅器は、さらに多くの段と、付加的なトランジスタとを有する。

図２に示されるプリント回路レイアウトも簡略化された表現である。実際には、基板１４は、集積回路１６の他の端子に接続するための付加的な印刷導電路を有し、典型的には、裏面１４Ｂのほとんどを覆うグランド面を有することは理解されよう。アンテナアセンブリが組み込まれる装置の性質によって、給電線導電路２２Ａ、２２Ｂ間の結合、及び装置内の干渉源を最小限に抑えるために、遮蔽体として、基板１４Ａの上側表面１４Ａに導電性筐体を実装することができる。これは、アンテナの良好なコモンモード分離が必要とされる場合に特に望ましい。

アンテナコアに関して、好ましいコア材料はチタン酸ジルコニウム−スズ系セラミック材料である。この材料は、３６の比誘電率を有し、温度変動時に寸法安定性及び電気的安定性があることでも知られている。その誘電損は無視することができる。そのコアは、押出し成形又はプレス成形によって作ることができる。

そのアンテナは、上記の先行英国特許において開示されているアンテナと共通の他の特
徴も有することがあり、これらの特許の開示全体が参照により本出願に援用される。

この第１の好ましい実施形態のアンテナのコアの直径は１０ｍｍであり、４線巻共振周波数は１５７５．４２ＭＨｚであり、すなわち、ＧＰＳ Ｌ１バンドの中心周波数である。

アンテナアセンブリが実装される装置によって与えられるハウジングによっては、基板の遠位縁部１４Ｄがアンテナの近位端表面と当接するようにしてプリント回路基板１４をアンテナ１４に固定するのを、絶縁性のつば（図示せず）によって補うことができる。このつばは、知られているように、低い比誘電率を有するプラスチック材料から形成することができる。典型的には、そのつばは、コアの近位端部分を包囲し、その近位端に延在して、その間でプリント回路基板１４を掴むあごを有する。

ここで図４及び図５を参照すると、本発明による第２のアンテナアセンブリが、本発明の第１の実施形態と同じように、概ね均一な分布する４つのヘリカル放射素子１０Ａ〜１０Ｄを備えるバックファイアアンテナ１０を有する。しかしながら、この場合、給電接続点１８Ａ、１８Ｂが、コア１２の遠位表面部分１２Ｄの中央領域内に設けられる。これらの接続点１８Ａ、１８Ｂは、遠位表面部分１２Ｄ上にめっきされる、第１の対の径方向導電路１０ＡＲ、１０ＢＲ及び第２の対の径方向導電路１０ＣＲ、１０ＤＲのそれぞれ相互接続部にそれぞれ設けられる。上記のように、各ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｄは、それぞれの径方向導体１０ＡＲ〜１０ＤＲに接続される一端と、環状連結導体１０Ｌに接続される別の反対端とを有し、連結導体は、この実施形態では、近位表面部分１２Ｐに隣接するが、離隔して、コア１２を包囲する。

コア１２は、通路を形成する軸方向の穴１２Ｂを有し、その通路は、一方の面に第１の導電路３８Ａ（図４及び図５では見ることができない）を有し、他方の面に第２の導電路３８Ｂを有する細長いプリント回路基板３８の形をとる平行対給電構造を収容する。これらの給電線導電路は、穴１２Ｂの全長を通じて互いに平行になるように、基板３８のそれぞれの面において中央に延在する。基板３８が、コアの遠位端を越えて突き出す場所において、各導電路３８Ａ、３８Ｂは、給電基板３８の突出している遠位端部分において「ホッケースティック」を構成するようにして折り返し、給電接続点１８Ａ、１８Ｂのそれぞれとのはんだ付けされた接続を形成する。給電基板３８は、各対１０ＡＲ、１０ＢＲ；１０ＣＲ、１０ＤＲの径方向導電路が基板のいずれかの側において対称に延在するようにして、軸方向に位置付けられると共に回転方向において位置決めされるように配置され、基板は、めっきされた給電接続点１８Ａ、１８Ｂに重なる横方向の拡張部を有することに留意されたい。

給電線基板３８は、近位から突出する部分３８Ｐを有し、その部分はプリント回路増幅器基板１４の主面１４Ａに当接する。図１〜図３を参照しながら先に説明された第１の実施形態と同じように、基板１４は、差動増幅器集積回路１６を支持する。しかしながら、この場合、給電基板３８が軸方向に位置することによって、増幅器プリント回路基板１４は、アンテナ１０の軸に対して平行に存在するが、一方にわずかにオフセットされる。再び、上記のように、遠位縁部１４Ｄは、近位コア表面部分１２Ｐに当接するか、又は隣接して位置し、上記のように、絶縁性プラスチックのつばによって固定することができる。

第１の実施形態と同じように、増幅器基板１４は、集積回路１６の差動入力端子２０Ａ、２０Ｂにはんだ付けされる、対称に配置される給電線導電路２２Ａ、２２Ｂを有する。この場合、給電線基板３８の近位部分３８Ｐの側面縁部は、両方の側面縁部にめっきされた凹部４０Ａ、４０Ｂを有し、そのめっきは平行対導体にそれぞれ接続され（そのうちの一方、３８Ｂだけが示される）、各凹部４０Ａ、４０Ｂのめっきされた弧状の表面は、給
電線導電路２２Ａ、２２Ｂのうちの一方に接続される。このようにして、給電線基板３８及び増幅器基板導電路２２Ａ、２２Ｂは、コア１２上のめっきされた導電路１０Ａ〜１０Ｄ、１０ＡＲ〜１０ＤＲを、プリント回路基板チップ１６の差動入力端子２０Ａ、２０Ｂに接続する。

めっきされた導電路及び給電線導体の組み合わせは、第１の実施形態を参照しながら説明された特性に類似の共振特性を有する２つの導電性ループを形成する。

上記のように、連結導体１０Ｌは、ヘリカル素子が異なる長さを有するために、平坦でない縁部１０ＬＤを有し、それによって、アンテナの軸に沿って向けられる円偏波放射のための「４線巻」共振がもたらされる。

コアから軸方向において垂下するようにアンテナコアに取り付けられるプリント回路基板上に差動増幅器を実装する代わりの方法として、アンテナの近位端部分にある凹部又は空洞（図示せず）内に差動増幅器を実装することもできる。近位に向けられる適当な空洞を備えるコアを有するアンテナが、本出願人の英国特許出願第２４２０２３０号において開示されている。その空洞は、円形の断面を有し、コアの円筒形外側表面と同軸を成す。

上記のアンテナアセンブリ実施形態は、アンテナコアの近くに実装される差動増幅器集積回路又は受信機オンチップ集積回路を含む。本発明の範囲内で、他のアセンブリも実現可能である。たとえば、アンテナ給電点又は給電構造に直に接続される差動増幅器を用いるのではなく、平衡高インピーダンス（典型的には６００オーム）を有する集積又はモノリシック表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタ素子の形をとるインターフェースを設けることができる。このような素子は、平衡出力で利用可能である。別法では、シングルエンド形ＲＦ増幅器に給電するために、シングルエンド出力を有するＳＡＷフィルタ素子を用いることができる。そのフィルタの周波数応答は典型的には、下流のＲＦ回路内にある第１の混合器の影像周波数を除去するように選択される。

ＳＡＷフィルタ素子の実装に関して、これは、差動増幅器ＲＦフロントエンド段の場合に説明されたように実現することができ、すなわち、アンテナコアの近位端部分に取り付けられるプリント回路基板上で実現することができる。これは、近位端部分から軸方向に突出するか、又はコア内の近位に向けられる空洞内に収容されるアセンブリの一部を形成することができる。

これまでに説明された実施形態は、ＧＰＳコンスタレーションの衛星のような地球周回軌道衛星から一般的に送信される円偏波放射を受信することを目的としている。本発明は、その範囲内に、陸上通信のために一般的に用いられる、直線偏光電磁放射を受信するためのアンテナアセンブリも含む。したがって、本発明による第３のアンテナアセンブリは、図６に示されるような、誘電体装荷２線巻アンテナを有する。図６を参照すると、エンドファイア２線巻アンテナは、横方向において対向する一対の４分の１巻ヘリカル素子１０Ａ、１０Ｂと、コア１２の近位表面部分１２Ｐ上にめっきされるそれぞれの径方向導体１０ＡＲ、１０ＢＲとを有する。先行する実施形態と同じように、コア１２を包囲する連結導体１０Ｌが、コア１２の遠位表面部分１２Ｄに近いが、離隔している場所において、円筒形表面部分１２Ｓ上の環状導電路としてめっきされている。それぞれの給電接続点１８Ａ、１８Ｂが、近位表面部分１２Ｐの中央領域内に、めっきされたパッドとして設けられる。ヘリカル素子１０Ａ、１０Ｂ、それぞれの接続される径方向導体１０ＡＲ、１０ＢＲ、及びヘリカル素子１０Ａ、１０Ｂの他端を連結する導体１０Ｌの組み合わせが共に、給電接続点１８Ａ、１８Ｂにおいて平衡給電を提供する導電性ループを形成することが図から明らかであろう。導電性ループは、ヘリカル素子１０Ａ、１０Ｂを相互接続する連結導体１０Ｌの一方の半円部分によって形成されるにしても、他方の半円部分によって形成
されるにしても、アンテナの動作周波数において、半波長の範囲内の電気長を有する。差動増幅器１６を支持するプリント回路基１４（この場合、図６ではいずれも透視線によって示される）への接続は、図２を参照しながら先に説明されたようにして行なわれる。２線巻アンテナは、英国特許第２３０９５９２号において示されると同じような概ね環状の放射パターンを有し、ヌルはアンテナ軸及び径方向導体１０ＡＲ、１０ＢＲに対して概ね横方向に向けられている。

図７及び図８を参照すると、本発明のさらに別の実施形態では、誘電体装荷ヘリカルアンテナ１０は、通信デバイスのプリント回路基板１１４の主面１１４Ａ上に実装される。この場合、アンテナ１０は、同じく基板１１４の主面１１４Ａに固定される表面実装ＶＬＳＩ集積受信機回路１１６に結合され、給電線導電路１２２Ａ、１２２Ｂが主面１１４Ａ上にめっきされ、アンテナに関連する給電接続点１１８Ａ、１１８Ｂをチップ１１６の入力端子１２０Ａ、１２０Ｂに相互接続する。この例では、アンテナ１０は、図１を参照しながら先に説明されたのと同じような４線巻エンドファイアアンテナであるが、図１とは異なり、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｄに接続される径方向導体が、図８に示されるように、プリント回路基板１１４の上側表面１１４Ａ上にめっきされる径方向導電路１１０ＡＲ、１１０ＢＲ、１１０ＣＲ、１１０ＤＲとして形成されている。一対のこれらの径方向導電路１１０ＡＲ、１１０ＢＲは、アンテナ１０の軸と位置合わせして中央領域において相互接続され、第１の給電接続点１１８Ａを形成する。他の対１１０ＣＲ、１１０ＤＲは、中央領域において第２の給電接続点１１８Ｂを形成するように相互接続される。これらの接続点１１８Ａ、１１８Ｂはそれぞれ、給電線導電路１２２Ａ、１２２Ｂのうちの一方に接続され、これらの導電路は、平行対給電線として、中央領域から、集積受信機チップ１６の入力端子１２０Ａ、１２０Ｂまで延在する。

上記の実施形態と同じように、アンテナ１０のヘリカル素子は４分の１巻素子である。給電線導電路１２２Ａ、１２２Ｂ、径方向導体１１０ＡＲ〜１１０ＤＲ、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｄ、及び連結導体１０Ｌ（上記のように平坦でない縁部１０ＬＰを有する）によって形成される導電性ループは、動作周波数において半波長ループを形成し、そのアセンブリは、上記のように４線巻共振モードを示す。

ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｄとそれぞれの放射導体１１０ＡＲ〜１１０ＤＲとの間の接続は、放射導電路の外側端部にはんだ付けされる導電性角ブラケット（図示せず）によって行なうことができ、当該導電路の外側端部は、アセンブリ１０の周辺を越えて、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｄの近位端部分１０ＡＰ〜１０ＤＰまで突出する。

集積受信機チップ１１６は、図３において簡略化された形で示される構成を有する差動増幅器入力段を含む。また、チップ１１６は、ＣＭＯＳ技術を用いて、デジタル信号処理段を含むＧＰＳ受信機の最も重要な段も収容する。

上記のように、差動増幅器入力段は平衡高インピーダンス負荷を与え、アンテナと、プリント回路基板表面１１４Ａ上のアンテナの下にある導電性パターンとの組み合わせの高い信号源インピーダンスを整合させる。

単一の集積回路チップ上に受信機全体を有することによって、特に経済的なアセンブリがもたらされる。この実施形態では、アンテナ１０は、その近位端表面が集積受信機チップ１１６を支持するプリント回路基板１４の主面に当接するようにして実装されるが、図１に示されるように、端面実装アンテナを支持するプリント回路基板上に、このようなチップを実装することもできることは理解されよう。

図９を参照すると、本発明による第５のアンテナアセンブリが、装置プリント回路基板
１１４の裏面１１４Ｂ上に実装される集積受信機チップを有する。ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｄを給電接続点に接続する径方向導体は、図１を参照しながら先に説明された実施形態と同じようにアンテナの近位端表面上に、又は図８を参照しながら先に説明されたように、プリント回路基板１１４の上側表面１１４Ａ上に形成される。プリント回路基板１１４の裏面１１４Ｂ上に集積受信機チップを実装することによって、給電線導電路１２２Ａ、１２２Ｂを著しく短くすることができるようになる。この実施形態では、給電接続点への接続は、図９に示されるように、給電線導電路１１２Ａ、１１２Ｂの端部にあるスルーホール内に収容されるピン１１８ＡＰ、１１８ＢＰによって行なわれる。組立中に、ピン１１８ＡＰ及び１１８ＢＰは、アンテナコアの近位表面部分内のめっきされた止まり穴に挿入され、はんだ付けされて、図１の４線巻アンテナ又は図６の２線巻アンテナにおける導電路１０ＡＲ〜１０ＤＲのような径方向導電路への第１の接続を形成することができる。その後、アンテナ１０は、増幅器基板１１４の上側表面に配置され、ピンがスルーホールに押し込まれ、その後、給電線導電路１１２Ａ、１１２Ｂにはんだ付けされる。

Claims (15)

1. ２００ＭＨｚを超える周波数において動作する誘電体装荷多線巻ヘリカルアンテナであって、５よりも大きな比誘電率を有する固体材料から成る誘電体コア（１２）を含み、該コアの材料はコア外側表面によって画定される容積の大部分を占有し、共通軸を中心にして配置される少なくとも第1及び第２の対の細長い導電性の実質的に螺線形のアンテナ素子を有する前記コアの外側表面上に、又は該外側表面に隣接して３次元アンテナ素子構造が配置され、該素子はそれぞれ給電端と連結端とを有し、各対の該連結端は共に連結導体によって連結され、前記第1の対の前記アンテナ素子は第1の導電性ループの一部を形成し、前記第２の対の前記アンテナ素子は第２の導電性ループの一部を形成し、軸方向に向けられる円偏波放射に対して該アンテナが共振する動作周波数において、前記導電性ループのそれぞれは、実質的に波長の（２ｎ−１）／２倍の電気長を有し、ｎは整数である、誘電体装荷多線巻ヘリカルアンテナ。
2. 前記アンテナ素子はそれぞれ、前記軸を中心にして４分の２Ｐ−１巻を達成し、Ｐは整数であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 平衡給電接続及び平衡給電構造を備えることを特徴とする、請求項1又は２に記載のアンテナ。
4. 前記給電構造は、平衡給電接続を有し５００オームよりも大きな信号源インピーダンスを与える、請求項１又は２に記載のアンテナ。
5. アンテナアセンブリであって、請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘電体装荷多線巻ヘリカルアンテナと、平衡入力が該アンテナに結合される無線周波数（ＲＦ）フロントエンド段を有する受信機とを含み、前記平衡入力の入力インピーダンスは少なくとも５００オームである、アンテナアセンブリ。
6. 前記アンテナは、円筒形側面部分と、該側面部分に対して実質的に垂直に延在する近位表面部分及び遠位表面部分とを有する円筒形コアを有し、前記無線周波数フロントエンド段は、前記近位表面部分及び前記遠位表面部分のうちの一方の上に、又は該一方に隣接して固定されるプリント回路基板上に形成される差動増幅器であることを特徴とする、請求項５に記載のアセンブリ。
7. 前記コアは側面部分と、該側面部分に対して実質的に垂直に延在する近位表面部分及び遠位表面部分とを有し、
   前記コアは、その底部が前記近位表面部分を形成する空洞を有し、
   前記無線周波数フロントエンド段は、前記空洞内に実装されることを特徴とする、請求項５に記載のアセンブリ。
8. 前記アセンブリは、前記コアに実装される導電性筐体を含み、前記無線周波数フロントエンド段は、前記筐体内に配置されるシングルエンド出力接続を有することを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載のアセンブリ。
9. 請求項１に記載の誘電体装荷多線巻ヘリカルアンテナと、該アンテナに接続される差動増幅器とを含むアンテナアセンブリであって、
   前記アンテナは一対の給電接続点を有する給電接続を備え、該給電接続点はそれぞれ、その給電端において前記アンテナ素子のうちの１つ又は複数に接続され、前記差動増幅器は、一対の入力端子を備える差動入力を有し、該入力端子はそれぞれ、前記給電接続点のうちのそれぞれ１つに接続され、
   前記コアは、前記アンテナ素子が関連付けられた側面部分を有し、該コアの中を貫通して、遠位コア表面部分から近位コア表面部分まで延在する通路を有し、前記給電接続点は前記遠位表面部分に関連付けられ、前記アセンブリは、前記通路を通って、前記給電接続点から前記差動増幅器まで延在する平行対給電線をさらに含むことを特徴とする、アンテナアセンブリ。
10. 前記差動増幅器はプリント回路基板上に配置され、前記コアは、その近位表面部分において該プリント回路基板に固定されることを特徴とする、請求項９に記載のアセンブリ。
11. 前記プリント回路基板は、前記共通軸に対して垂直に存在する平坦な基板であり、前記給電接続点は前記共通軸上に、又は該共通軸に隣接して、且つ前記コアの外側表面部分上に配置され、前記アンテナ素子は、該外側表面部分上にあるそれぞれの径方向導体によって、前記給電接続点に接続されることを特徴とする、請求項１０に記載のアセンブリ。
12. ２００ＭＨｚを超える周波数において動作するためのアンテナアセンブリであって、共通軸上を中心にして配置される、横方向において対向する少なくとも一対の細長い導電性アンテナ素子を有するアンテナ素子構造の誘電体装荷アンテナであって、該素子はそれぞれ、給電端及び連結端を有し、該対の連結端は互いに連結される、誘電体装荷アンテナと、前記対の前記素子の前記給電端に接続される平衡入力を有する無線周波数フロントエンド素子とを備え、前記アンテナが共振する動作周波数において、前記対の前記アンテナ素子は、波長の実質的に（２ｎ−１）／２倍である電気長を有する導電性ループの一部を形成し、ｎは整数である、アンテナアセンブリ。
13. 前記フロントエンド素子は差動増幅器を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のアセンブリ。
14. 前記フロントエンド素子は表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタデバイスを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のアセンブリ。
15. 前記ＳＡＷフィルタデバイスはＳＡＷフィルタバランであることを特徴とする、請求項１４に記載のアセンブリ。

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